激光网3月26日消息，由中国科学院上海天文台袁峰博士领导的国际团队通过计算黑洞喷流预测的辐射并与M87喷流的观测结果进行比较，研究了黑洞喷流两种主要模型的有效性，发现“黑洞旋转能量提取”模型准确地预测了观测到的喷流， 而“吸积盘旋转能量的提取”模型则难以解释观测结果。
辐射电子通过黑洞射流中的磁重联加速，这可能是由吸积盘中的“磁喷发”驱动的。该研究发表在《科学进展》上。
黑洞是宇宙中非常奇特的天体，拥有极其强大的引力，即使是光也无法在其半径内逃脱，称为事件视界。
然而，一个多世纪前，观测结果显示，在黑洞的事件视界之外，在非常近的距离内，黑洞可以以接近光速的速度发出强大的物质和能量流出，称为喷流。望远镜拍摄的图像描绘了这些喷气式飞机笔直向外射出，就像激光束一样，延伸到很远的距离，一些喷气式飞机的长度甚至超过了星系的规模。
一个多世纪以来，包括诺贝尔奖获得者罗杰·彭罗斯爵士在内的许多学者一直在研究这些神秘的喷气式飞机是如何形成的。目前，该研究领域主要有两种模型。一种是从超大尺度磁场中提取黑洞的旋转能量，称为“提取黑洞旋转能量”模型。另一种也依赖于大尺度磁场，但与第一种不同的是，它涉及提取吸积盘的旋转能量，称为“吸积盘旋转能量的提取”模型。
天文学家正试图只解决喷气式飞机的能量来源。这两个模型产生的射流能否与射流的形态、宽度、速度场和偏振的观测结果相匹配?这些喷气机的形成机制的两个模型中哪一个是正确的?由袁峰博士领导的团队已经回答了这两个问题。
该团队以来自M87星系中心的超大质量黑洞的喷流为例。这个超大质量黑洞被称为事件视界望远镜捕获的第一张黑洞图像的“恒星”。该团队采用大规模数值模拟方法求解广义相对论磁流体动力学方程，获得了黑洞周围的吸积流和上述两个模型产生的射流。
为了计算射流的辐射并将其与观测结果进行比较，辐射电子的能谱和空间分布至关重要。该团队假设电子加速是通过射流中的“磁重联”机制发生的。它考虑了磁重联加速电子的物理机制，并结合动力学理论的粒子加速研究结果求解了稳态电子能量分布方程。它获得了射流不同区域的能谱和电子数密度。
结合这些结果，包括磁场强度、气体等离子体温度和速度等吸积数值模拟结果，该团队通过计算广义相对论框架下的辐射转移，获得了各种预测的观测结果，可以与实际观测结果进行比较。
结果表明，“黑洞旋转能量提取”模型预测的射流形貌与观测到的射流形貌非常吻合，该模型的其他预测如射流的“肢体增亮”、射流宽度、长度和速度场等也与观测结果非常吻合。相比之下，“吸积盘旋转能量提取”模型的预测与观测结果不一致。
此外，该团队还分析了磁重联的物理机理，发现机理是由于M87黑洞吸积盘中的磁场产生的“磁爆发”。这些喷发会对磁场造成强烈的干扰，磁场可以长距离传播，导致射流中的磁重联。
这项工作弥合了喷气形成的动力学模型与喷气机的各种观测特性之间的差距，提供了第一个证据，证明这个著名的动力学模型解决了喷气机的能量问题并解释了其他各种观测结果。
